橡塑型洗衣机脚垫胶料的配方设计

2014-08-10赵桂英张小萍王忠光

吉林化工学院学报 2014年1期

赵桂英，张小萍，王忠光

(徐州工业职业技术学院材料工程系，江苏徐州221140)

洗衣机脚垫是洗衣机的重要配件之一，在洗衣机安装时使用，它的主要作用是调整水平，减缓洗衣机使用时的振动和噪音，防滑及改善其操纵稳定性，在提高洗衣机的安全性、美观性和操作性方面发挥着不可替代的作用.

目前国内洗衣机脚垫的主体材料有金属、塑料和橡胶三类，用量较多的是橡胶脚垫.橡胶脚垫胶料配方多以天然橡胶、丁腈橡胶或再生胶等为主体材料，以炭黑为补强剂，同时填充大量的白炭黑、碳酸钙、陶土、滑石粉等增加硬度、降低脚垫的生产成本;由于混炼时加入炭黑，会使细小的炭黑粒子漂浮于空气中，对生产环境造成严重的污染;同时炭黑的加入只能生产黑色的产品，对于浅色、亮色产品则无法满足要求;大量补强填充剂的加入，还会造成混炼工艺困难，混炼不均，胶料性能不稳定.

西门子洗衣机脚垫以其高性能、颜色浅、卫生环保的特点，已成为国内洗衣机配件厂家研究的目标.丁腈橡胶(NBR)具有良好的耐介质性能、耐老化性及气密性［1］;高苯乙烯树脂(HSR)分子结构中含有大量的苯环，能赋予胶料较高的硬度、刚性及较好的耐磨性［2-3］，还能减少补强填充剂的用量，改善加工环境，降低生产成本;采用NBR/HSR橡塑并用改性，使洗衣机脚垫胶料兼具橡胶和塑料的各自优势;通过对NBR/HSR并用胶料的力学性能、耐磨性、耐老化、耐介质及压缩性能的测试，以期获得具有一定实用价值的加工工艺及橡塑比，提高洗衣机脚垫胶料的综合性能，满足西门子洗衣机脚垫胶料的各项性能指标要求.

1 实验部分

1.1 主要原材料

丁腈橡胶(NBR-41):广东创新化工原料有限公司;高苯乙烯树脂(HSR):浙江黄岩东橡胶助剂有限公司;沉淀法白炭黑(WCB):山东海化股份有限公司;硅烷偶联剂KH570:中国石化南京化工厂;丙三醇:濮阳市光璞石化有限责任公司;硫磺:浙江黄岩东橡胶助剂有限公司;氧化锌、硬脂酸、促进剂等为市售产品.

1.2 实验配方

表1为西门子洗衣机脚垫胶料的基本性能指标.

表1 西门子洗衣机脚垫胶料的基本性能指标

续表1

试验配方:氧化锌5份，硬脂酸1份，白炭黑40份，丙三醇2.5份，防老剂1.2份，KH5701.5份，丁腈橡胶NBR-41和高苯乙烯树脂的橡塑比在100/0～70/30之间.

1.3 仪器设备

开放式炼胶机XK-160:无锡市第一橡塑机械有限公司;无转子硫化仪GT-M2000-A:台湾高铁科技股份有限公司;平板硫化机QLB-50D/Q:无锡市第一橡塑机械公司;高低温拉力试验机GTAI-7000-GD:台湾高铁科技股份有限公司;老化试验箱401-B型:上海实验设备厂;阿克隆磨耗机:江都市试验机械厂;摆锤式冲击弹性仪:江都市试验机械厂.

1.4 试样制备

图1为试样制备的工艺过程.

图1 试样制备的工艺过程

塑混炼:先调节双辊开炼机辊距至0.1 mm，加入NBR薄通塑炼4次，待辊温达到70℃以上，将高苯乙烯树脂加入两辊之间，使之完全塑化，然后与NBR混合均匀为并用胶，调整辊距至2 mm左右，使胶料包辊并有少量堆积胶;然后按一定的加料顺序加入各种配合剂进行混炼;温度控制在30～50℃.在炼胶过程中，保证每个配方的混炼工艺及参数一致，以确保实验数据的可比性.

混炼的加料顺序为［4］:并用胶(NBR/HSR)→氧化锌、硬脂酸、防老剂2246、防老剂MB→白炭黑→丙三醇、硅烷偶联剂→促进剂CZ、DTDM及硫磺→薄通，打三角包→下片.

硫化条件为:温度:160℃，时间:T90，压力:15 MPa.硫化试片停放一定的时间后，可采用冲片机等设备进行试样的冲裁和制备.

1.5 性能测试

硫化特性采用GB/T 16584-1996标准进行测试，测试温度设定为160℃，压力为0.35～0.6 MPa.

拉伸性能采用GB/T 528-2009标准进行测试，拉伸速度:500 mm/min;试样为哑铃型1型.

撕裂性能采用GB/T 529—2008标准进行测试，试样为直角形，拉伸速度:500 mm/min.

耐磨性采用 GB/T1689—2006标准进行测试，倾斜角选15°，试样行程1.61 km.

弹性采用GB/T1681—2006标准进行测试，试样为两个，取其平均值为实验结果.

老化性能采用GB/T 3512—2001标准进行测试，实验条件为:70℃ ×72 h.

耐介质采用 GB/T1690—2006标准进行测试，试验介质有两种，分别是5%洗衣粉和5%洗涤剂水溶液，测试条件为:室温×72 h.

压缩性能采用GB/T7759—2006标准进行测试，B 型法，试验条件为:室温 ×72 h［5］.

2 实验结果与讨论

2.1 NBR/HSR的不同配比对胶料硫化特性影响

图2为NBR/HSR不同配比胶料的硫化曲线图.

图2 NBR/HSR不同配比胶料的硫化曲线

表2为NBR/HSR不同配比对胶料硫化特性的影响.

表2 NBR/HSR的不同配比对胶料硫化特性的影响

从图2曲线上可见，NBR/HSR不同配比胶料均具有适宜的焦烧时间，较快的硫化速度和较长的硫化平坦期，这有利于提高洗衣机脚垫的生产效率，节省能源，操作安全性好，是洗衣机脚垫理想的硫化曲线.

从表2对应的硫化特性参数中可见，随着NBR/HSR中HSR比例的增加，胶料的焦烧时间和工艺正硫化时间有所延长;原因在于HSR中含有较多的苯环，有一定的位阻效应，可参与交联的双键含量低，影响了胶料中促进剂、活性剂及硫化剂与不饱和双键的交联速度，进而使硫化时间得以推迟.

2.2 NBR/HSR不同配比对胶料力学性能影响

表3为NBR/HSR的不同配比对胶料力学性能影响.

表3 NBR/HSR的不同配比对胶料力学性能影响

从表3可以看出，随着 NBR/HSR配比中HSR含量的增加，胶料的拉伸强度、300%定伸应力先增加后降低，当NBR/HSR=80/20时，其拉伸强度、300%定伸应力最高，分别达到21.31和12.61 MPa.扯断伸长率则随着NBR/HSR配比中HSR含量的增加呈现逐渐减少的变化规律，当NBR/HSR=70/30时，其扯断伸长率最小，为462%.原因是HSR［6］中含有较多含量的苯环，分子结构呈现刚性，分子的运动能力减弱，因此胶料的扯断伸长率降低.随着NBR/HSR配比中HSR含量的增加，胶料的硬度、撕裂强度逐渐增加，原因是高苯乙烯树脂中含有苯环，具有增硬、增强、提高撕裂性能的作用.

2.3 NBR/HSR不同配比对胶料耐磨性等影响

表4为NBR/HSR的不同配比对胶料耐磨等性能影响.从表4可以看出，随着NBR/HSR配比中HSR含量的增加，胶料的磨耗体积、弹性呈现逐渐降低的变化规律，而压缩永久变形则表现出逐渐增加的趋势;当NBR/HSR=70/30时，胶料的磨耗体积和弹性最小，压缩永久变形最大;由于HSR的分子结构中含有高比例的刚性苯环，使胶料内部网络结构结合紧密，胶料在受到各种坚硬粒子冲击作用时，表面微观颗粒不易脱落从而提高了胶料的耐磨性.但高比例的刚性苯环使分子链柔性降低，分子链滑动能力变弱，受到外力冲击或压缩后，胶料恢复变形的能力减小，因此弹性降低，压缩永久变形增加.

表4 NBR/HSR的不同配比对胶料耐磨等性能影响

2.4 NBR/HSR不同配比对胶料老化性能影响

表5为NBR/HSR不同配比对胶料老化性能影响.

表5 NBR/HSR的不同配比对胶料老化性能影响

从表5可以看出，胶料老化后的拉伸强度、300%定伸应力和扯断伸长率较老化前的拉伸强度、300%定伸应力和扯断伸长率均有所降低，但降幅不大，说明70℃的老化温度对胶料的拉伸强度、300%定伸应力及扯断伸长率的影响不大.而老化后的硬度则较老化前均有所增大，当NBR/HSR=70/30时，其老化后的硬度值最大，为89邵A，老化后的硬度较老化前增大了3邵A.

2.5 NBR/HSR不同配比对胶料耐介质性能影响

表6为NBR/HSR的不同配比对胶料耐介质性能影响.

表6 NBR/HSR的不同配比对胶料耐介质性能影响

从表6可看出，胶料耐介质后的拉伸强度、扯断伸长率较耐介质前均有所降低;当NBR/HSR配比为70/30时，胶料耐洗衣粉和耐洗涤剂后的扯断伸长率降幅最大，分别达到41%和27%;耐洗衣粉后胶料的拉伸强度、扯断伸长率降幅明显大于耐洗涤剂后胶料的拉伸强度和扯断伸长率，说明洗衣粉对胶料内部结构的破坏大于洗涤剂对胶料内部结构的破坏，从而导致胶料拉伸强度和扯断伸长率的降低.